利用OTC236設(shè)計(jì)的機(jī)車制動(dòng)故障感測(cè)單元

1 關(guān)于機(jī)車制動(dòng)故障

機(jī)車制動(dòng)過(guò)程中可能存在著以下兩個(gè)方面的故障[1]。

(1)無(wú)操作制動(dòng)時(shí)，發(fā)生了制動(dòng)。機(jī)車車輪制動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，車輪是由輪轂和輪箍組成。當(dāng)出現(xiàn)無(wú)制動(dòng)死閘現(xiàn)象時(shí)，高強(qiáng)度的摩擦作用在輪箍與閘瓦間，摩擦導(dǎo)致大量發(fā)熱，溫度持續(xù)升高，導(dǎo)致輪箍與輪轂發(fā)生相對(duì)位移，即弛緩發(fā)生。

(2)有操作制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)作用失效。剎車片材質(zhì)不均，致使其局部在相同制動(dòng)力下磨損程度不同；傳動(dòng)裝置的磨耗、卡死等機(jī)械故障以及氣壓回路故障等引起制動(dòng)失效情況。以致引起諸如冒進(jìn)信號(hào)、沖突、追尾、放揚(yáng)等機(jī)車運(yùn)行事故。

2 確定測(cè)量方法

引發(fā)制動(dòng)故障的原因是多方面的。選用哪項(xiàng)指標(biāo)作為判斷故障的依據(jù)就顯得十分重要。

機(jī)車實(shí)際運(yùn)行時(shí)，機(jī)車不定期處于慣性(惰性)運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)機(jī)車電動(dòng)機(jī)無(wú)驅(qū)動(dòng)電流，現(xiàn)場(chǎng)情況表明測(cè)量電流的方法不能用于表征機(jī)車制動(dòng)故障發(fā)生與否。當(dāng)機(jī)車載荷量大時(shí)、慣性就會(huì)很大，即使出現(xiàn)個(gè)別輪對(duì)抱閘現(xiàn)象，對(duì)機(jī)車輪對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度幾乎不影響?，F(xiàn)場(chǎng)情況表明測(cè)量速度的方案也不能用于表征機(jī)車制動(dòng)故障發(fā)生與否。測(cè)量間隙和測(cè)量閘缸壓力的想法也因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)情況的不許可，而不能實(shí)行，對(duì)檢測(cè)裝置的基本要求就是在不影響機(jī)車自身的安全運(yùn)行的前提下在合理、安全的位置上安裝。

最終確定測(cè)量溫度的方法來(lái)判斷是否發(fā)生機(jī)車制動(dòng)故障。當(dāng)機(jī)車發(fā)生制動(dòng)故障時(shí)，閘瓦與輪對(duì)之間的摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量并向外界散發(fā)。在輪對(duì)外緣踏面形成相對(duì)于周圍環(huán)境的高溫?zé)嵩?。因此可以采用非接觸式溫度傳感器來(lái)檢測(cè)輪對(duì)外緣踏面溫度來(lái)判定機(jī)車是否發(fā)生制動(dòng)故障。

3 檢測(cè)裝置的實(shí)現(xiàn)

3．1 傳感器測(cè)量單元外觀

出于機(jī)車安全運(yùn)行的需要和現(xiàn)場(chǎng)安裝位置與尺寸的限制，通過(guò)模擬試驗(yàn)和實(shí)地情況勘查，設(shè)計(jì)了如圖2所示含有otc236紅外溫度傳感器的測(cè)量單元，安裝在閘瓦氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的外部?jī)A斜面上，紅外感受窗正對(duì)輪對(duì)外緣踏面。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證明該檢測(cè)點(diǎn)能準(zhǔn)確感受輪箍表面的溫度變化?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)如圖3所示。

3．2 傳感器測(cè)量單元電路

傳感器測(cè)量電路如圖4所示，以oct236為核心構(gòu)成檢測(cè)運(yùn)算單元[1]，輸出為電壓信號(hào)，后續(xù)電橋電路會(huì)平衡如此12個(gè)同樣的測(cè)量單元的輸出信號(hào)，為a／d轉(zhuǎn)換提供輸入信號(hào)。

3．3 系統(tǒng)硬件

利用otc236溫度傳感器測(cè)量單元來(lái)判斷機(jī)車是否發(fā)生了制動(dòng)故障．借助微處理器系統(tǒng)，構(gòu)成如圖5所示的以51系列處理器為核心的檢測(cè)系統(tǒng)[3]。在這一款檢測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)機(jī)車輪對(duì)的溫度檢測(cè)經(jīng)過(guò)電橋轉(zhuǎn)換和數(shù)／模轉(zhuǎn)換后，得到與被測(cè)量踏面溫度相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)[4]。經(jīng)過(guò)軟件對(duì)被測(cè)溫度、溫度變化、溫度設(shè)定閾值的綜合分析[5]，就可以判斷出故障所在的位置，并及時(shí)顯示并提供語(yǔ)音報(bào)警[6]。

3．4 抗干擾措施

機(jī)車野外運(yùn)行氣象、氣候條件復(fù)雜多變，長(zhǎng)期出于動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，諸如載荷變化、隧道和路橋、升弓降弓引起的強(qiáng)烈拉弧等情況直接影響系統(tǒng)能否正常工作。電力機(jī)車在行進(jìn)過(guò)程中自身會(huì)產(chǎn)生大量的強(qiáng)電磁干擾。因此，系統(tǒng)必須采取有力的抗干擾措施才能保證系統(tǒng)的正常工作[7]：

(1)傳感器檢測(cè)單元使用2 mm鋼板制作，外層防銹漆噴涂。

(2)傳感器檢測(cè)單元使用環(huán)氧樹(shù)脂作為填充料，防水、絕緣、隔絕空氣。

(3)電纜使用svt雙重絕緣帶銅網(wǎng)屏蔽的戶外專用電纜，連接處使用防水橡膠塞。

(4)主控制器機(jī)箱采用5 mm鋼板制作，連接端子一律專用航空插頭。

(5)在軟件上選用濾波、指令冗余、看門(mén)狗等措施[8]。

有一種情況需要特別提醒，這就是1 khz以下的磁場(chǎng)波。這種磁場(chǎng)波一般由大電流輻射射源產(chǎn)生，機(jī)車在啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生這類干擾。對(duì)于這種頻率很低的磁場(chǎng)，可以采用高導(dǎo)磁率的材料進(jìn)行屏蔽，例如含鎳80％左右的坡莫合金。

4 結(jié) 語(yǔ)

該機(jī)車制動(dòng)故障報(bào)警裝置在勉西機(jī)務(wù)段的ss3型機(jī)車上安裝并試運(yùn)行近半年時(shí)間，表明該裝置具有測(cè)量故障輪對(duì)號(hào)準(zhǔn)確、安裝、使用方便等特點(diǎn)。